Особенности формирования кальций-фосфатных покрытий методом ВЧ-магнетронного распыления в условиях падения паров осаждаемого материала под скользящим углом к подложке
Цель работы – исследовать особенности формирования кальций-фосфатных покрытий методом ВЧ-магнетронного распыления в условиях падения паров осаждаемого материала под скользящим углом к подложке. Объектом исследования являются кальцийфосфатные покрытия, полученные на подложках технически чистого крупнокристаллического и ультрамелкозернистого титана марки ВТ1-0, а также на подложках монокристаллического кремния (100). Экспериментальные результаты показали влияние угла наклона подложки, мощности, и давления на толщину, оптические характеристики, морфологию, топографию и фазовый состав покрытий.
Введение …………………………………………………………………………………………………………………………. 12
1 Осаждение покрытий в геометрии скользящего падения паров методом ВЧ магнетронного
распыления и перспективы применения в медицине…………………………………………………………. 15
1.1 Физические основы метода нанесения покрытий в геометрии скользящего угла к
подложке ……………………………………………………………………………………………………………………… 15
1.2 Высокочастотное магнетронное распыление и эффект самозатенения при осаждении
покрытий ……………………………………………………………………………………………………………………… 19
1.3 Материал подложки ………………………………………………………………………………………………… 25
1.4 Кальцийфосфатные покрытия …………………………………………………………………………………. 27
1.5 Цель и задачи исследования ……………………………………………………………………………………. 28
2 Объекты и методы исследования …………………………………………………………………………………… 30
2.1 Объекты исследования ……………………………………………………………………………………………. 30
2.2 Особенности формирования кальцийфосфатных покрытий на наклонных подложках
методом ВЧ-магнетронного распыления ………………………………………………………………………. 30
2.3 Методы исследования …………………………………………………………………………………………….. 33
2.3.1 Эллипсометрия …………………………………………………………………………………………………. 33
2.3.2 Растровая электронная микроскопия …………………………………………………………………. 34
2.3.3 Атомно-силовая микроскопия …………………………………………………………………………… 36
2.3.4 Рентгенофазовый анализ …………………………………………………………………………………… 39
3 Экспериментальные результаты ……………………………………………………………………………………. 42
3.1 Оптические характеристики и толщина покрытия ……………………………………………….. 42
3.2 Морфология поверхности покрытий …………………………………………………………………… 44
3.3 Топография поверхности и шероховатость………………………………………………………….. 51
3.4 Фазовый состав покрытия …………………………………………………………………………………… 53
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……………………….. 56
4.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………………………………. 56
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………………………….. 56
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения …………………………………………………………………………………………………… 57
4.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………………………. 59
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………………………. 63
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования …….. 65
4.2 Инициация проекта …………………………………………………………………………………………………. 66
4.2.1 Цели и результат проекта ………………………………………………………………………………….. 67
4.2.2 Организационная структура проекта …………………………………………………………………. 68
4.2.3 Ограничения и допущения проекта ……………………………………………………………………. 69
4.3 План проекта ………………………………………………………………………………………………………….. 69
4.4 Бюджет научного исследования ………………………………………………………………………………. 70
4.4.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты ……………………………………. 70
4.4.2 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ ………………… 71
4.4.3 Основная заработная плата ……………………………………………………………………………….. 72
4.4.4 Отчисления на социальные нужды…………………………………………………………………….. 74
4.4.5 Накладные расходы…………………………………………………………………………………………… 74
4.5 Реестр рисков проекта …………………………………………………………………………………………….. 75
4.6 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………………………………………. 77
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………………………………. 80
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов …………………………………………. 81
5.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и вредного
воздействия и устранению их влияния на персонал ………………………………………………………. 83
5.2.1 Организационные мероприятия …………………………………………………………………………. 83
5.2.2 Организация рабочего места оператора ……………………………………………………………… 83
5.2.3 Условия безопасной работы ………………………………………………………………………………. 86
5.3 Электробезопасность ………………………………………………………………………………………………. 88
5.4 Пожарная безопасность …………………………………………………………………………………………… 90
Заключение……………………………………………………………………………………………………………………… 94
Список литературы………………………………………………………………………………………………………….. 96
Список публикаций ……………………………………………………………………………………………………….. 104
Задача по управлению наношероховатостью поверхностей имплантатов,
применяемых в медицине получила в последнее время широкое
распространение. Производители имплантатов, включая стоматологические
имплантаты, пытаются повысить уровень остеоинтеграции путем адаптации
топографии поверхности и химического состава имплантатов к костной ткани
[1]. Были найдены способы увеличения остеокондуктивности и
биосовместимости имплантатов для улучшения показателей нагрузки за счет
эксплуатации, а также способы повышения скорости остеогенеза даже на
участках с низкой костной массой или низким количеством костной ткани [2,3].
Как показывают исследования в лабораторных и естественных условиях,
химические характеристики поверхности имплантатов, наряду с
характеристиками шероховатости, также могут оказывать влияние на скорость
восстановления кости и заживления [4]. В настоящее время большинство
имплантатов подвергаются модификации поверхности и зачастую покрыты
кристаллами фосфата кальция, и прежде всего гидроксиапатита.
Современные тенденции в клинической имплантации включают
использование эндоскопических имплантатов, поверхность которых имеет
наноразмерную топографию [5]. Роль наномасштабной топографической
модификации титановых подложек с целью улучшения остеоинтеграции
остается не до конца изученной [6]. Поверхности с наноразмерной топографией
инициируют новые способы взаимодействия с соответствующими
биологическими объектами. Более того, технология нанесения такого рода
покрытий предоставила средства для понимания и реализации, специфических
для клеток функций.
Существующие данные, подтверждающие развитие нанотопографии,
свидетельствуют о том, что критические стадии остеоинтеграции могут быть
модулированы с помощью модификации поверхности имплантата на
наномасштабном уровне. В настоящее время рассматриваются важные
различия между наномасштабным и микронным изменением топографии
поверхности имплантата [7]. Активно обсуждаются преимущества и недостатки
наномасштабной модификации поверхности имплантата [8]. Наномасштабная
модификация поверхностей эндоскопических имплантатов влияет на клеточные
и тканевые реакции, которые могут повысить степень остеоинтеграции и
продлить срок службы имплантата [2].
Поверхностная нанотопография влияет на взаимодействие клеток на
поверхностях и изменяет поведение клеток по сравнению с топографией на
микроуровне [9]. Наноструктурированные поверхности обладают уникальными
свойствами, которые изменяют клеточную адгезию прямыми
взаимодействиями на поверхности клетки и косвенными механизмами,
влияющими на взаимодействие белок-поверхность [10].
Модификация поверхности на наномасштабном уровне может изменить
степень свободной энергии поверхности [11], химический состав и / или
топографию поверхности имплантата. Такие изменения влияют на
взаимодействие поверхности имплантата с биологическими жидкостями,
ионами и биообъектами. Показано, что наномасштабная модификация
поверхности влияет на молекулярную и клеточную активность и изменяет
процесс остеоинтеграции [2].
Одним из экспериментальных подходов в области осаждения тонких
пленок является использование наклонного угла подложки во время осаждения.
Данный метод позволяет получать пористые и / или столбчатые
структурированные покрытия [12].
Осаждение покрытий под скользящим углом к подложке возникло как
неоценимый инструмент для получения наноструктурированных тонких
пленок. Данный метод может найти применение для биомедицинской области,
в частности для нанесения биологически активного покрытия с использованием
физического осаждения из паровой фазы.
ВЧ магнетронное распыление кальцийфосфатных покрытий на
наклонную подложку предложено в качестве метода реализации осаждения
биологически активного покрытия. Этот метод позволяет наносить покрытия с
высокой адгезией к подложке. Кроме того, метод ВЧ магнетронного
распыления известен как высоко контролируемый способ осаждения. По
результатам анализа литературы, метод ВЧ магнетронного осаждения
кальцийфосфатных покрытий на наклонную подложку ранее не
рассматривался. Данная работа призвана показать основные особенности
формирования кальцийфосфатных покрытий в геометрии падения паров
осаждаемого материала под скользящим углом к подложке, и оценить влияние
параметров осаждения.
В данной работе приведены экспериментальные результаты
исследований по нанесению кальцийфосфатных покрытий методом ВЧ-
магнетронного распыления в условиях падения паров осаждаемого материала
под скользящим углом к подложке и доказаны перспективы данного метода в
изменении наношероховатости.
1 Осаждение покрытий в геометрии скользящего падения паров
методом ВЧ магнетронного распыления и перспективы применения в
медицине
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (21 отзыв)
4.9 (522 отзыва)
4.7 (82 отзыва)
4.9 (66 отзывов)
4 (15 отзывов)
5 (9 отзывов)
5 (174 отзыва)
4.2 (6 отзывов)
5 (8 отзывов)
